近日，在未發(fā)表的預印本中，潘建偉團隊在「祖沖之號」量子計算原型機上使用56比特展示了量子計算優(yōu)越性，比當年谷歌53個比特強 2-3 個數(shù)量級。

近日，中國科學技術大學潘建偉、朱曉波、彭承志等組成的研究團隊在量子領域取得了最新成果。

在發(fā)表的論文 Strong quantum computational advantage using a superconducting quantum processor 中，中科大團隊在「祖沖之號」量子計算原型機上展示了量子計算優(yōu)越性。

論文地址：https://arxiv.org/pdf/2106.14734.pdf

目前該論文是arXiv預印本，還未正式發(fā)表。

對標谷歌「量子霸權」

2019年，谷歌首次使用53量子比特的量子處理器展示了量子優(yōu)越性。

不同于之前的「九章」光量子平臺計算機，最新可編程超導量子系統(tǒng)對標2019年下半年谷歌第一次實現(xiàn)量子優(yōu)越性的工作。

那么，此次在超導體系上實現(xiàn)的量子優(yōu)越性與谷歌實現(xiàn)的有何不同？

為了表征整個系統(tǒng)的性能，團隊運行了隨機量子線路采樣的基準測試，測試系統(tǒng)規(guī)模最高可達56量子比特和20個周期。

56量子比特隨機量子線路采樣

據(jù)團隊估計，這項任務的經(jīng)典模擬的計算成本，要比當年谷歌 Sycamore 處理器 53 個 qubit 強 2-3 個數(shù)量級的量子優(yōu)越性。

「祖沖之號」將現(xiàn)存功能最強大的超級計算機需 8 年完成的任務樣本壓縮至最短 1.2 小時完成，從而證明了量子計算的巨大優(yōu)越性。

「祖沖之號」器件示意圖

當年谷歌證明的是，對一個53量子比特20個cycle的電路采樣一百萬次，量子計算機需要200秒的時間，用目前人類最強的經(jīng)典的超級計算機則需要一萬年的時間。

另外，兩個芯片在對這些量子比特進行操作和讀取時發(fā)生錯誤的概率相比如何？

通過數(shù)據(jù)的比較，可以看出兩者的性能較為接近，代表著國際領先水平。

基于以上，中科大研究團隊此次的工作，展現(xiàn)了一個明確的量子計算優(yōu)勢，這是經(jīng)典計算在合理時間范圍內(nèi)無法完成的。

結果顯示，「祖沖之號」實現(xiàn)了平均99.86%的高保真度單量子比特門，和平均99.41%的雙量子比特門，以及平均95.48%的讀出。同時，對多個量子比特進行同步門操作。

量子行走

同樣在一個月前，潘建偉團隊在science上發(fā)表了一篇成功研制了62比特可編程超導量子計算原型機「祖沖之號」，并在此基礎上實現(xiàn)了可編程的二維量子行走。

量子行走（Quantum walk，QW）是經(jīng)典隨機行走在量子力學中的拓展，區(qū)別于經(jīng)典隨機行走，由于量子具有疊加態(tài)的特性，粒子在格點中行走的特性需要用量子力學的波函數(shù)統(tǒng)計規(guī)律來詮釋。

量子行走本身可以模擬多體物理體系的量子行為，理論上最終可用于通用量子計算。

該論文使用一個8*8的二維超導量子比特方格，其中包含62個功能量子比特，以顯示多個（兩個）量子行走如何穿越二維量子比特陣列，并在過程中進行干擾。

超導量子處理器的布局與結構

作者還能夠?qū)α孔铀裱穆窂竭M行編程，展示了一個馬赫－曾德爾（MZ）干涉儀，其中單個或多個量子行走者在干涉和退出一個端口之前連貫地穿越兩條路徑。

結果展示了基于超導的量子處理器在模擬大規(guī)模量子系統(tǒng)方面的潛力。

「紅專并進，理實交融」是中科大的校訓，潘建偉等人的研究團隊近日發(fā)表的文章，展示了我國目前在量子計算領域的最新成果，同時也是一份獻給黨百年華誕的賀禮。

在國際紛爭的大環(huán)境下，希望我國有更多不同領域的科研團隊，繼續(xù)埋頭苦干，在更多領域取得重大新進展。

參考資料：

http://www.zhihu.com/question/468741820

https://www.zhihu.com/question/468741820/answer/1971268726

http://www.360doc.com/showweb/0/0/984615640.aspx

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